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Dokumentenidentifikation DE10156377B4 31.05.2007
Titel Kompositdruckgasbehälter mit vorgefertigtem Mantel
Anmelder Air Liquide Deutschland GmbH, 47805 Krefeld, DE
Erfinder Kesten, Martin, Dr., 51503 Rösrath, DE;
Bayer, Gesa, 41564 Kaarst, DE
Vertreter Kahlhöfer - Neumann - Herzog - Fiesser, Patentanwälte, 40210 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 16.11.2001
DE-Aktenzeichen 10156377
Offenlegungstag 05.06.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F17C 1/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F17C 1/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Druckgasbehälters, einen Druckgasbehälter aus einem Verbund eines zylindrischen Metallbehälters und eines Laminatrohrs sowie dessen Verwendung.

Gase und Gasgemische werden in der Regel in Druckgasbehältern gelagert und transportiert. Die gebräuchlichsten Druckgasbehälter sind Druckgasflaschen aus Stahl und Aluminium für verdichtete, verflüssigte oder gelöste Gase mit einem maximalen Fülldruck bis 200 bar oder 300 bar.

Um das Gewicht von Druckgasflaschen zu verringern, werden Verbundgasflaschen (Composite Flaschen) von den Gaseherstellern eingesetzt. Verbundgasflaschen bestehen aus einem sogenannten Liner, welcher über einen wesentlichen Teil seiner Länge mit Verbundfasern aus Glas, Kohlenstoff, Aramid oder Draht umwickelt ist. Beispielsweise wird bei dem überwiegend praktizierten Naßwickelverfahren in einem gesteuerten Wickelprozeß ein Faser/Harzlaminat auf den Liner aufgetragen, das in einem nachgeschalteten Wärmebehandlungsprozess seine endgültigen Gebrauchseigenschaften erhält. Verbundgasflaschen und deren Herstellung sind z.B. in der DE 31 03 646 A1, DE 38 21 852 A1 und US 38 43 010 beschrieben. Die Verbundgasflaschen haben den Nachteil, daß sie durch individuelle Bewickelung der Behälter (Liner) hergestellt werden müssen, wobei die individuelle Bewickelung auf den üblichen Wickelmaschinen sehr aufwendig ist und der Prozeß mehrere, zum Teil manuell ausgeführte Arbeitsschritte erfordert, die bei jedem Behälter wiederholt werden müssen.

Ein Schwerpunkt der gegenwärtigen Entwicklung von Brennstoffzellen ist die Entwicklung von Systemen mit kleiner und mittlerer Leistung für die netzunabhängige Stromversorgung von mobilen Verbrauchern. Das Ziel sind Batterieersatzlösungen für lange Betriebszeiten bei relativ kleinen Leistungen bzw. die Bereitstellung von Energiewandlern mit unabhängig dimensionierbaren Wasserstoffspeichern. Für die Wasserstoffversorgung derartiger Systeme wird an kleine Hydridspeicher gedacht, die allerdings verschiedene Nachteile besitzen. Dazu gehören in erster Linie die hohen Materialkosten, ein sehr hohes Gewicht und eine sehr geringe Speicherdichte (etwa 1 Gew.-%). Zusätzliche Nachteile sind die Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und begrenzte Befüll- und Entladezyklen.

DE 31 03 646 A1 offenbart einen mit Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- oder Borfasern umwickelten Druckbehälter.

DE 21 59 852 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines doppelwandigen Behälters, wobei zwei oder mehr aneinander zugeordnete Teile eines Innenbehälters übereinander geschoben und miteinander verschweißt sind.

DE 737 187 C offenbart ein Verfahren zur Herstellung von innen plattierten Behältern, wobei die Plattierung an der Innenseite des Behälters mit Hilfe eines Innendruckes erhältlich ist.

DE 1 824 737 U betrifft einen unmagnetischen Druckgasbehälter aus einer austenitischen Stahllegierung, der durch Kaltverformen vorwiegend in der Umfangsrichtung verfestigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundgasflasche zu schaffen, die wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer alternativen Wasserstoffversorgung für Brennstoffzellen.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen sowie einen Druckgasbehälter mit den im Anspruch 2 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die weitere Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Der umfangsverstärkte Druckgasbehälter wird dadurch hergestellt, daß über die zylindrische Länge des Liners ein Mantelrohr, insbesondere ein bereits vollständig vorgefertigtes Laminatrohr, angebracht wird. Diese Laminatrohre können sehr kostengünstig in großer Länge gefertigt werden und müssen nur noch passend zugeschnitten werden.

Mantelrohre sind Laminatrohre, die z.B. aus Fasermaterial wie Glasfaser, Kunststofffaser oder Kohlenstofffaser und einem Kunstharz (z.B. Polyesterharz oder Epoxidharz) hergestellt werden.

Nachdem das Laminatrohr über den Liner geschoben wurde müssen Liner und Laminatrohr fest verbunden werden, um den Betriebsbelastungen bzw. Druckbelastungen dauerhaft standhalten zu können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der metallische Liner durch Innendruck so weit verformt wird, daß eine kraftschlüssige und unlösbare Verbindung zwischen dem zylindrischen Liner und dem Mantelrohr (Laminatrohr) entsteht. Das Ergebnis ist ein umfangsverstärkter zylindrischer Behälter, der nach den für Composite-Behälter geltenden Regeln der Technik ausgelegt und betrieben werden kann.

Bei Verwendung des Druckgasbehälters z.B. als Wasserstoffversorgung für Brennstoffzellen werden als Linen-Werkstoffe vorzugsweise Aluminiumlegierungen, hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle oder Duplexstähle eingesetzt, wodurch eine Wasserstoffversprödung ausgeschlossen werden kann.

Mit Linern aus der höherfesten Aluminiumlegierung AA 7032 T6 und Hüllrohren (Mantelrohr) aus Kohlefaserlaminat sind leichte Druckgasbehälter insbesondere für die Wasserstoffspeicherung herstellbar, die im Vergleich zu den heute für mobile Brennstoffzellen eingesetzten Hydridspeichern die mindestens dreifache Gasmenge speichern können.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Bereitstellung von Wasserstoff in Hochdruckbehältern, -dosen, -kartuschen oder -patronen, die Wasserstoff insbesondere bei Drucken über 300 bar speichern können.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Druckgasbehälters, wobei ein vorgefertigtes Mantelrohr aus Laminat, insbesondere aus Fasermaterial wie Glasfaser, Kunststofffaser oder Kohlenstofffaser und einem Kunstharz, als Rohrabschnitt über einen zylindrischen Metallbehälter geschoben wird, und wobei danach der Metallbehälter mittels Innendruckverformen, insbesondere mittels Gasdruck, so weit verformt und aufgeweitet wird, dass eine feste, insbesondere kraftschlüssige und unlösbare, Verbindung zwischen dem Metallbehälter und dem Mantelrohr entsteht. Druckgasbehälter aus einem Verbund eines zylindrischen Metallbehälters und eines Laminatrohres, insbesondere aus Fasermaterial wie Glasfaser, Kunststofffaser oder Kohlenstofffaser und einem Kunstharz, wobei bei der Herstellung des Druckgasbehälters der Metallbehälter und das Laminatrohr durch Innendruckverformung des Metallbehälters aufgeweitet und fest verbunden wurden. Druckgasbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung kraftschlüssig und unlösbar ist. Druckgasbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbehälter aus einer Aluminiumlegierung, Messing oder Stahl ist. Druckgasbehälter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasbehälter eine Druckgasflasche, eine Druckdose, eine Kartusche oder eine Druckgaspatrone ist. Verwendung eines Druckgasbehälters nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Druckgasbehälter einen Liner aus einer Aluminiumlegierung und ein Mantelrohr aus Kohlefaserlaminat aufweist, als Wasserstoffspeicher für Brennstoffzellen.






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